一种热风辅助射频变温压差膨化干燥装置

1.本实用新型属于食品膨化干燥技术领域，涉及一种膨化干燥装置，特别是一种热风辅助射频变温压差膨化干燥装置。

背景技术：

2.膨化干燥食品是人们休闲娱乐不可缺少的食品，膨化干燥休闲食品因其方便、美味、实惠和多种选择而广受欢迎。所有年龄段的人都喜欢吃零食，因此，市场上对更健康、营养更丰富的产品的需求不断增加。现有对食品膨化干燥的方法很多，比如近年来，油炸膨化干燥、微波膨化干燥、气流膨化干燥、挤压膨化干燥、变温压差膨化干燥等方式膨化被广泛的应用于食品膨化技术领域。其中，热风辅助射频变温压差膨化干燥是利用射频(3khz～300mhz的电磁波)引起被加热物料带电离子的振荡迁移和偶极子旋转而将电能转化为热能同时利用热风进行保温，提高物料温度，从而膨化干燥食品物料的方法。相比传统如油炸膨化干燥等方法，热风辅助射频变温压差膨化干燥具有油脂含量低、营养价值高、快速、均匀加热、物料膨化干燥温度低、能量穿透深度大、设备投资小等优势，与微波相比，具有更高的穿透能力和更好的加热均匀性及膨化均匀性；单独的变温压差膨化干燥则存在装置结构较复杂，操作繁琐，常需更换易耗损部件因此成本较高，且耗时长、物料受热不均、膨化均匀性不佳。
3.中国专利(授权号：cn 212081978 u)公开了一种微波变温压差联合干燥设备，包括连接有真空泵的真空罐、膨化罐以及控制器，膨化罐内部安装有微波发射机构，具有提高干燥效率、降低能耗、提高产品品质、保持物料外形和颜的优点。但该装置由于微波穿透力较低，这类装置只适用于含水量较低的物料，对含水量较高物料有一定的局限性，且受热不均匀、膨化效果不佳。
4.中国专利(授权号：cn 214229818 u)公开了一种新型变温压差膨化设备,包括真空罐，真空罐左侧设置有分流压差膨化机构；分流压差膨化机构包括第一管道、第二管道、阀门、第三管道、压差变送器、第四管道、第五管道和膨化箱体；真空罐左侧连通有第一管道，具有能将真空罐内的气体进行分流，调节压差，增加输入效率，同时对两种物料膨化的优点。但改装置结构复杂，设备较多，管道较多，气密性要求较高，且加热方式为电加热，加热效率低且不均匀。
5.中国专利(授权号：cn 215302982 u)公开了一种脱水变温压差膨化设备，包括加热仓、支架、两组支撑柱、顶板、两组滑动块、两组支撑架、多组支撑板、多组固定架、多组连杆、多组第一齿条、多组第一电机、多组第一齿轮、多组连接架、密封盖、第二齿条、第二电机、第二齿轮、真空泵、排料斗和排料管，具有使食品中的水分瞬间蒸发完成脱水并膨胀、提高设备实用性的优点。但设备结构复杂，包含多组零件，加热方式为加热仓加热，具有物料受热不均、升温速率慢、物料受热温度高等缺陷。
6.综上，现有技术存在的问题：1、加热效率低；2、物料受热不均匀；3、膨化干燥温度较高，膨化干燥效果差；3、处理物料有局限。因此，研究一种实用性强、膨化干燥效率高、膨
化干燥效果好、膨化干燥温度低、节能的组合膨化干燥装置是有必要的。

技术实现要素：

7.为了解决上述现有技术中存在的1、加热效率低；2、物料受热不均匀；3、膨化干燥温度较高，膨化干燥效果差；3、处理物料有局限的技术问题，本实用新型的目的在于，提供一种热风辅助射频变温压差膨化干燥装置。
8.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案予以解决：
9.一种热风辅助射频变温压差膨化干燥装置，包括变温压差系统、热风辅助射频加热系统和计算机光纤测温系统；其中：
10.所述变温压差系统包括真空泵、空气压缩机、两个耐高温管、膨化釜、压缩空气管路、抽真空管路，其中：所述膨化釜内外壁之间为第一环形空腔，两个耐高温管分别连通第一环形空腔，作为该杀菌釜环形空腔的输入管和输出管，所述抽真空管路、压缩空气管路分别通过耐高温管连通膨化釜的第一环形空腔；所述抽真空管路连接真空泵，压缩空气管路连接空气压缩机；
11.所述热风辅助射频加热系统包括箱体、射频发生器、第一控制器、上极板和下极板，其中，所述下极板安装在箱体底部，上极板平行安装在下极板上方，射频发生器与上极板和下极板连接；下极板上放置膨化釜；所述射频发生器、控制面板分别连接第一控制器；所述控制面板安装在箱体外壁左上角；控制面板用于将操作指令发送给第一控制器，第一控制器控制射频发生器启动，使得热风辅助射频加热系统中的上极板和下极板之间产生射频场；
12.计算机光纤测温系统包括测温法兰盘、测温光纤探头、光纤测温装置和计算机，测温法兰盘固定在膨化釜上，测温光纤探头穿过测温法兰盘和膨化釜内壁插入；测温光纤探头的光纤连接光纤测温装置，光纤测温装置连接计算机。
13.进一步的，所述膨化釜还包括上盖板、下底板，膨化釜的内部的下底板上铺设有气块砖。
14.进一步的，在所述气块砖上放置双层空心圆柱体容器，该容器由容器外层空心圆柱体和容器内层空心圆柱体组成且两者形成第二环形空腔，所述容器外层空心圆柱体的侧壁和容器内层空心圆柱体的侧壁上分别均匀开有用于透气的透气口。
15.进一步的，所述抽真空管路上安装有真空缓冲罐、真空表和第一手动球阀。
16.进一步的，所述压缩空气管路上安装有第二手动球阀和压力表。
17.进一步的，所述膨化釜为圆柱形容器；
18.进一步的，在所述热风辅助射频加热系统箱体底部设置有电机，所述电机通过齿轮连接四个螺杆的下端，四个螺杆的上端分别通过螺纹连接上电极板；所述电机连接第一控制器，第一控制器根据控制面板输入的用户指令控制电机启动带动螺杆转动，从而带动上电极板相对于下电极板上下移动。
19.进一步的，所述上极板和下极板采用铝合金板；所述耐高温管采用圆柱体塑料通气管道；所述上盖板、下底板均为金属板；所述双层空心圆柱体容器采用聚四氟乙烯。
20.进一步的，在所述热风辅助射频加热系统的箱体底部设置有电热风机，下电极板上均匀分布多个鼓风口。
21.进一步的，所述上极板和下级板的间距为180～190mm。
22.相较于现有技术，本实用新型的有益效果如下：
23.(1)射频因其内热源加热特性，能从物料内部加热，与微波相比，具有更深的穿透能力和更好的加热均匀性；本实用新型将射频、热风与变温压差膨化相结合，克服了传统膨化干燥的升温慢、膨化干燥温度高、膨化干燥效率低、油脂含量高的短板，从而在保证加热均匀性的基础上，能够在更短时间使物料内部温度和压力达到预期目标，然后再瞬间卸压抽真空，使物料瞬间膨化并被干燥，提升了加热效率和膨化干燥效果，降低了食品物料营养价值的损失得到品质更加优良的产品，尤其适用于复合面粉类、果蔬类的休闲膨化食品。同时，由于其上述优点使其对于各种物料并没有过多的限制。
24.(2)膨化过程中通过控制面板调节极板间距控制射频功率，从而控制升温速率，操作简便且安全，使加工能力和稳定性得到了提升。
25.(3)产品感官品质、膨化指标较佳，同时，膨化温度、膨化压力、抽真空温度能随意设置，物料形状能随意改变，提升了设备的实用性。
附图说明
26.图1是本实用新型的热风辅助射频变温压差膨化干燥装置的结构示意图。
27.图2是膨化釜在射频发生器下极板上的位置俯视图。
28.图3是装有物料的膨化釜剖视图。
29.图4是图3的俯视图。
30.图中各标号含义：
31.1、真空泵；2、真空缓冲罐；3、真空表；4、第一手动球阀；5、第二手动球阀；6、空气压缩机；7、压力表；8、耐高温管；9、排风口；10、上级板；11、螺杆；12、控制面板；13、测温光纤探头；14、光纤测温装置；15、计算机；16、下极板；17、电机；18、膨化釜；19、电热风机；20、测温法兰盘；21、鼓风口；22、物料；23、气块砖；24、容器外层空心圆柱体；25、容器内层空心圆柱体；26、上盖板；27、下底板；28、透气口；a、变温压差系统；b、热风辅助射频加热系统；c、计算机光纤测温系统。
具体实施方式
32.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
33.如图1-图4所示，本实用新型提供一种热风辅助射频变温压差膨化干燥装置，包括变温压差系统a、热风辅助射频加热系统b和计算机光纤测温系统c。其中：
34.变温压差系统a包括真空泵1、空气压缩机6、两个耐高温管8、膨化釜18、压缩空气管路、抽真空管路，其中：膨化釜18内外壁之间为第一环形空腔，两个耐高温管8分别连通第一环形空腔，作为该杀菌釜12环形空腔的输入管和输出管，抽真空管路、压缩空气管路分别通过耐高温管8连通膨化釜18的第一环形空腔；所述抽真空管路连接真空泵，压缩空气管路连接空气压缩机。
35.优选的，膨化釜18还包括上盖板26、下底板27，膨化釜18的内部(即膨化釜18的内壁围成的空间内部)的下底板27上铺设有气块砖23。气块砖23会被热风辅助射频加热系统b产生的射频加热，受热的气块砖23能对第一环形腔内的压缩空气加热以及，有利于维持高
气压环境，第一环形腔内的温度不会快速降温；也利于防止物料22内部水蒸气压的降低，能增强膨化效果。
36.优选的，在气块砖23上放置双层空心圆柱体容器，该容器由容器外层空心圆柱体24和容器内层空心圆柱体25组成且两者形成第二环形空腔，容器外层空心圆柱体24的侧壁和容器内层空心圆柱体25的侧壁上分别均匀开有用于透气的透气口28，双层空心圆柱体容器的材质优选聚四氟乙烯，该材料耐高温高压、适于射频场，且价格较低，物料22立放于第二环形空腔中。
37.优选的，抽真空管路上安装有真空缓冲罐2、真空表3和第一手动球阀4。其中，真空缓冲罐2用于缓冲压力、防止倒灌及稳定真空度；真空表3用于监测第一环形空腔的真空度，第一手动球阀4用于控制真空输入第一环形空腔内。
38.优选的，真空泵优优选环式真空泵，如sz—0.15水环式真空泵，由上海浦江真空泵制造有限公司出产。空气压缩机优选无油活塞空气压缩机，如zb100压缩机，由山东宏润空压机科技有限公司出产。
39.优选的，压缩空气管路上安装有第二手动球阀5和压力表7。其中，压力表7用于监测第一环形空腔的压力，即膨化压力，第二手动球阀5用于控制压缩空气通入第一环形空腔中。
40.优选的，膨化釜18为圆柱形容器，能够提高加热均匀性、膨化均匀性、膨化度且操作方便；具体的，上盖板26、下底板27均为金属板(优选铝合金板)，利于保持膨化釜18内的物料22在射频和热风作用下具有更快的升温速率和加热均匀性。
41.热风辅助射频加热系统b包括箱体、射频发生器(即高频发生器，用于使上下级板工作产生高温)、第一控制器、上极板10和下极板16，其中，下极板16安装在箱体底部，上极板10平行安装在下极板16上方，射频发生器与上极板10和下极板16连接；下极板16上放置膨化釜18。射频发生器、控制面板12分别连接第一控制器；控制面板12安装在箱体外壁左上角；控制面板12用于接收用户的操作指令并发送给第一控制器，第一控制器控制射频发生器启动，使得热风辅助射频加热系统b中的上极板10和下极板16之间产生射频场，对膨化釜18内的物料进行加热膨化。
42.优选的，为了使物料的膨化效果更好，通过调节上极板10和下极板16的间距来调节射频场功率，从而根据需要获得合适的升温速率，在热风辅助射频加热系统b箱体底部设置有电机17，电机17通过齿轮连接四个螺杆11的下端，四个螺杆11的上端分别通过螺纹连接上电极板10(或者通过螺纹连接在支架上，上电极板10吊装在支架上)；电机17连接第一控制器，第一控制器根据控制面板12输入的用户指令控制电机17启动带动螺杆11转动，从而带动上电极板10相对于下电极板16上下移动；这样，通过调节上电极板10和下电极板16之间距离，使得置于下电极板16上的膨化釜18中的物料处于合适的加热位置，提升其升温速率和加热均匀性，从而获得更好的膨化干燥效果。
43.优选的，上极板10和下极板16采用铝合金板，适用于射频场，使得膨化釜18内的物料在射频作用下具有更快的加热速率和更好的加热均匀性。
44.优选的，耐高温管8采用圆柱体塑料通气管道，优选增强钢丝硅胶软管，该材质工作温度范围宽，为-60℃到200℃，且为食品和药典级，无味道、镜面光滑，不会产生任何残留，易于清洗。
45.优选的，箱体顶部设置有一排风口9，用于对箱体内部空气流通。
46.优选的，为了减缓膨化釜18环形腔内的温度散失，在热风辅助射频加热系统b的箱体底部设置有电热风机19，下电极板16上均匀分布多个鼓风口21。通过电热风机19将外部空气加热后自下而上经鼓风口21吹出，能够提升热风辅助射频加热系统b加热腔的整体温度达到对膨化釜18保温的作用，增加热风辅助射频变温压差膨化干燥的效率。优选的，鼓风口21采用圆形，直径为20～30mm，利于热空气通过且提高箱体内空气热量的均匀度从而快速排空冷空气。
47.计算机光纤测温系统c包括测温法兰盘20、测温光纤探头13、光纤测温装置14和计算机15，测温法兰盘20固定在膨化釜18上，测温光纤探头13穿过测温法兰盘20和膨化釜18内壁插入，用于测量膨化釜18内物料中心温度；测温光纤探头13的光纤连接光纤测温装置14，光纤测温装置连接计算机15，计算机15中加载有光纤测温装置14的相关软件，用于控制测温光纤探头13实时测量物料温度。
48.本实用新型的装置的工作过程：
49.(1)打开箱体，将物料(如山药片)放置于膨化釜18内的双层空心圆柱体容器的第二环形空腔内(如图4)，固定好膨化釜18的上盖板26和下底板27后，将膨化釜18放置在热风辅助射频加热系统b的下电极板16上，分别用两个耐高温管8将第一环形空腔与变温压差系统a的压缩空气管路和抽真空管路相连通；将测温光纤探头13插入物料，光纤通过测温法兰盘20连接光纤测温装置14，将光纤测温装置14与计算机15相连接，关闭箱门。
50.(2)操作人员通过独立电源启动变温压差系统a，打开第二手动球阀5，关闭第一手动球阀4，将压缩空气通过空气压缩机6通入到膨化釜18内进行加压操作。压力表7显示膨化釜18内压力达到要求，关闭第二手动球阀5；与此同时，操作人员通过控制面板12设置上极板10和下极板16的间距和处理时间；控制面板12控制电机17带动四个螺杆11转动调节上极板10和下极板16的间距；操作人员通过控制面板12开启电热风机19，向射频加热腔内鼓热风，然后操作控制射频发生器启动进行热风辅助的射频加热处理；同时，开启计算机15中光纤测温软件，控制计算机光纤测温系统c对物料中心进行实时测温。
51.(3)预先打开真空泵1，将真空缓冲罐2抽到一定的真空度。膨化釜18内的物料达到设定的温度并维持一段时间后，加热完成，关闭射频发生器，打开第一手动球阀4，真空泵1开启，真空缓冲罐2内的真空瞬时输入到膨化釜18内，进行瞬时变温压差；真空表3显示膨化釜18内真空度达到要求，启动射频发生器，在一定温度下进行热风辅助射频真空干燥。热风辅助射频真空干燥一段时间后关闭射频发生器，打开泄压阀进行泄压，使整个系统恢复为常压，待达到常压后，系统自动停止；与此同时，停止计算机15中相关光纤测温软件，计算机15将自动记录实时测温数据；打开膨化釜18并从中取出物料测定相关指标。
52.例如，采用上述热风辅助射频变温压差膨化干燥装置对山药片膨化时，包括如下操作：
53.将山药片(形状为50
×2×
20mm3)放入膨化釜18中的双层空心圆柱体容器的夹层之间，固定好膨化釜18的上下金属盖板26、27，再将膨化釜18置于下电极板16上，通过控制面板12调节上、下电极板间距为180～190mm；山药片批量膨化时，数量10～15片；通过空气压缩机6将压缩空气通入到膨化釜18内，调节膨化釜18压力为0.1mpa，关闭第二手动球阀5，开启射频发生器和电热风机19进行加热升温，设置终点温度为80℃，获得山药片热风辅助
射频升温曲线。根据上述步骤得到最优升温速率并根据其条件在80℃保温15min，关闭射频发生器，启动真空泵1(预先通过真空泵1将真空缓冲罐2抽到一定的真空度)，打开第一手动球阀4将真空缓冲罐2内的真空通入到膨化釜18内对山药片22变温压差膨化；真空表3显示膨化釜18内真空度为0.08mpa时启动射频发生器，对膨化釜18内的物料进行热风辅助射频真空干燥，维持15min。热风辅助射频变温压差膨化干燥完后取出物料测定其硬度、含水率、泽、膨化度。
54.实施例1、热风辅助射频变温压差膨化干燥升温速率及加热均匀性测定
55.(1)取山药粉60g，小麦粉60g，玉米淀粉10g，添加蒸馏水使其湿基含水率为30％。制成50
×2×
20mm3的形状。
56.(2)采用热风辅助射频变温压差膨化干燥装置对山药片膨化干燥，包括如下操作：
57.将物料山药片22放置在膨化釜18内的双层空心圆柱体容器夹层之间，固定好膨化釜18的上、下金属板26、27，膨化釜18放置在热风辅助射频加热系统b的下电极板16上，用耐高温连接管8将装有物料的膨化釜18与变温压差系统a连接起来，通入压缩空气使膨化釜内的压力为0.1mpa，关闭第二手动球阀5。将测温光纤探头13插入物料中心位置并通过膨化釜18上的测温法兰盘20经光纤测温装置14与计算机15相连接。调节上电极板10与下电极板16的间距为180mm、185mm、190mm。启动射频发生器和电热风机19，设定终点温度为80℃，通过计算机光纤测温系统c记录其升温曲线。其结果表明：热风辅助射频加热系统b具有快速的升温速率和稳定的加热均匀性，稳定强并且效率高。180、185、190mm三个极板间距下，极板间距为185mm时升温最快，加热均匀性指数最低，加热均匀性最好，260s内即可升温至80℃。
58.实施例2、山药片热风辅助射频变温压差膨化干燥指标测定
59.根据实施例1中得到的最优极板间距，在185mm极板间距下，将物料放入容器夹层间，通入压缩空气使膨化釜18内压力为0.1mpa，在射频和热风联合下使物料山药片22升温至80℃并维持15min，然后关闭射频，打开第一手动球阀4，进行变温压差膨化操作，并在真空度0.08mpa、60℃下热风辅助射频真空干燥15min。同时用传统热风膨化干燥作为对照。完成后取出物料测定含水率、硬度、泽、膨化度。其结果表明：与传统热风膨化干燥相比，热风辅助射频变温压差膨化干燥具有更高的硬度和膨化度、更低的含水率和泽δe。山药片射频变温压差膨化干燥后的硬度为3201.2g、膨化度为2.66、含水率为12.36％、泽δe为8.72。
60.经试验，在上极板和下级板间距为185mm，物料形状为50
×2×
20mm3，湿基含水率为30％，膨化温度为80℃，膨化压力为0.1mpa，膨化停留时间为15min，射频真空干燥温度为60℃，射频真空干燥时间为15min的条件下，变温压差膨化干燥效果较好。
61.综上，本实用新型将射频、热风与变温压差膨化相结合，克服了传统热风膨化干燥方式的几何中心升温慢、膨化干燥效率低、膨化干燥效果差的短板，从而在保证加热均匀性的基础上，能够缩短膨化干燥时间，极大提升了膨化干燥效率，能够在更短时间使物料内部温度达到预期目标使食品快速膨化并干燥，尤其适用于复合面粉类、果蔬类的休闲膨化食品，对保持食品营养价值、提高工作效率具有重要意义。

技术特征：

1.一种热风辅助射频变温压差膨化干燥装置，其特征在于，包括变温压差系统、热风辅助射频加热系统和计算机光纤测温系统；其中：所述变温压差系统包括真空泵、空气压缩机、两个耐高温管、膨化釜、压缩空气管路、抽真空管路，所述膨化釜内外壁之间为第一环形空腔，两个耐高温管分别连通第一环形空腔，作为第一环形空腔的输入管和输出管，所述抽真空管路、压缩空气管路分别通过耐高温管连通膨化釜的第一环形空腔；所述抽真空管路连接真空泵，压缩空气管路连接空气压缩机；所述热风辅助射频加热系统包括箱体、射频发生器、第一控制器、上极板和下极板，所述下极板安装在箱体底部，上极板平行安装在下极板上方，射频发生器与上极板和下极板连接；下极板上放置膨化釜；所述射频发生器、控制面板分别连接第一控制器；所述控制面板安装在箱体外壁左上角；控制面板用于将操作指令发送给第一控制器，第一控制器控制射频发生器启动，使得热风辅助射频加热系统中的上极板和下极板之间产生射频场；计算机光纤测温系统包括测温法兰盘、测温光纤探头、光纤测温装置和计算机，测温法兰盘固定在膨化釜上，测温光纤探头穿过测温法兰盘和膨化釜内壁插入；测温光纤探头的光纤连接光纤测温装置，光纤测温装置连接计算机。2.如权利要求1所述的热风辅助射频变温压差膨化干燥装置，其特征在于，所述膨化釜还包括上盖板、下底板，膨化釜的内部的下底板上铺设有气块砖。3.如权利要求2所述的热风辅助射频变温压差膨化干燥装置，其特征在于，在所述气块砖上放置双层空心圆柱体容器，该容器由容器外层空心圆柱体和容器内层空心圆柱体组成且两者形成第二环形空腔，所述容器外层空心圆柱体的侧壁和容器内层空心圆柱体的侧壁上分别均匀开有用于透气的透气口。4.如权利要求1所述的热风辅助射频变温压差膨化干燥装置，其特征在于，所述抽真空管路上安装有真空缓冲罐、真空表和第一手动球阀。5.如权利要求1所述的热风辅助射频变温压差膨化干燥装置，其特征在于，所述压缩空气管路上安装有第二手动球阀和压力表。6.如权利要求1所述的热风辅助射频变温压差膨化干燥装置，其特征在于，所述膨化釜为圆柱形容器。7.如权利要求1所述的热风辅助射频变温压差膨化干燥装置，其特征在于，在所述热风辅助射频加热系统箱体底部设置有电机，所述电机通过齿轮连接四个螺杆的下端，四个螺杆的上端分别通过螺纹连接上电极板；所述电机连接第一控制器，第一控制器根据控制面板输入的用户指令控制电机启动带动螺杆转动，从而带动上电极板相对于下电极板上下移动。8.如权利要求3所述的热风辅助射频变温压差膨化干燥装置，其特征在于，所述上极板和下极板采用铝合金板；所述耐高温管采用圆柱体塑料通气管道；所述上盖板、下底板均为金属板；所述双层空心圆柱体容器采用聚四氟乙烯。9.如权利要求1所述的热风辅助射频变温压差膨化干燥装置，其特征在于，在所述热风辅助射频加热系统的箱体底部设置有电热风机，下电极板上均匀分布多个鼓风口。10.如权利要求1～9任一项所述的热风辅助射频变温压差膨化干燥装置，其特征在于，所述上极板和下级板的间距为180～190mm。

技术总结

本实用新型公开了一种热风辅助射频变温压差膨化干燥装置，包括变温压差系统、热风辅助射频加热系统和计算机光纤测温系统；变温压差系统包括真空泵、空气压缩机、两个耐高温管、膨化釜、压缩空气管路、抽真空管路，膨化釜内外壁之间为第一环形空腔，两个耐高温管分别连通第一环形空腔，作为该杀菌釜环形空腔的输入管和输出管；所述热风辅助射频加热系统包括箱体、射频发生器、第一控制器、上极板和下极板。本实用新型将射频、热风与变温压差膨化相结合，在保证加热均匀性的基础上，能够大大提升了加热效率和膨化干燥效率，同时对物料并没有过多的限制。过多的限制。过多的限制。